DE102005027186B4

DE102005027186B4 - Wälzlagerkäfig und Losradlager

Info

Publication number: DE102005027186B4
Application number: DE102005027186A
Authority: DE
Inventors: Thomas Marx
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: DE102005027186A1

Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Wälzlagerkäfig (10) für ein Wälzlager (30), mit einem zylinderringförmigen Grundkörper (12), an dem wenigstens eine Reihe (16, 12) von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Wälzkörpertaschen (20) zur Aufnahme von Wälzkörpern (14) ausgebildet ist und an dem eine axial daneben angeordnete Reihe von Leertaschen (22), bspw. zur Aufnahme von Schmierstoff ausgebildet ist, wobei die Anzahl (m) der Wälzkörpertaschen (20) ungleich der Anzahl (n) der Leertaschen (22) ist. Dabei ist die Anzahl (n) der Leertaschen (22) oder der Wälzkörpertaschen (20) eine Primzahl und die Anzahl (m) der anderen Taschen ist eine andere Zahl.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig für ein Wälzlager, mit einem zylinderringförmigen Grundkörper, an dem wenigstens eine Reihe von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Wälzkörpertaschen zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgebildet ist und an dem eine axial daneben angeordnete Reihe von Leertaschen, bspw. zur Aufnahme von Schmierstoff ausgebildet ist, wobei die Anzahl der Wälzkörpertaschen ungleich der Anzahl der Leertaschen ist.

Ein derartiger Wälzlagerkäfig ist bekannt aus der JP 08219161 A .

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Losradlager für ein Losrad eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einem Innenring, der mit einer Welle verbindbar ist, einem Außenring, der mit dem Losrad verbindbar ist, und wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, wobei die Wälzkörper an einem Käfig geführt sind.

Ein derartiges Losradlager ist bekannt aus AT 289 563 B2 .

Ein Losrad ist ein drehbar an einer Welle gelagertes Rad. Losräder werden bspw. in Handschaltgetrieben für Kraftfahrzeuge verwendet und bilden dort Teil eines Radsatzes einer zugeordneten Gangstufe. Zum Ein- und Auslegen der Gangstufe ist gewöhnlich eine Schaltkupplung vorgesehen, um das Losrad entweder drehfest mit der Welle zu verbinden oder hiervon zu trennen.

Als Losradlager werden gewöhnlich Wälzlager verwendet, typischerweise sog. Nadellager (vgl. bspw. JP 2002 081 528 A ). Ein Nadellager zeichnet sich dadurch aus, dass die Wälzkörper ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von > 4 haben. Hierdurch kann das Losradlager radial kleinbauend ausgeführt werden.

Ein Losradlager weist dabei häufig mehrere Reihen auf. In der Regel wird der Abstand zwischen den Nadelreihen klein gewählt, bspw, maximal 20% der Länge der jeweiligen Wälzkörper.

Um einen Schräglauf zu verhindern, d.h. eine Schrägstellung des Losrades in Bezug auf die Welle, muss das Radialspiel des Losradlagers generell sehr klein sein, bspw. im Bereich von 5 bis 50 μm.

Dennoch kann eine Schrägstellung nicht immer verhindert werden. Eine solche Schrägstellung kann zu einer Verschränkung der Wälzkörper im Betrieb führen. Hierdurch können Axialkräfte auf das Losrad übertragen werden (auch Steigeiseneffekt genannt). Hierdurch wird der Verschleiß durch Fressen vergrößert.

Die beschriebene Problematik ergibt sich insbesondere bei hohen Drehzahlen, hohen Temperaturen und/oder Schmiermitteln mit niedriger Viskosität.

Ferner können im Betrieb der Losradlager Geräusche durch hochfrequente Schwingungen entstehen, bspw. ein Lagerkreischen (auch Lagerschwirren oder Nadelschwirren etc. genannt).

Weiterhin ist es aus JP 2000/074048 A und aus JP 11201153 A bekannt, zur Verbesserung des Laufverhaltens von Wälzlagern für die Anzahl der Wälzkörper eine Primzahl vorzusehen. Darüber hinaus ist es aus DE 79 05 040 U1 bekannt, zur Geräuschreduzierung den Abstand der Käfigtaschen nach Primzahlen zu variieren.

Insgesamt ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wälzlagerkäfig für ein Wälzlager sowie ein verbessertes Losradlager für ein Losrad eines Kraftfahrzeuggetriebes anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem eingangs genannten Wälzlagerkäfig dadurch gelöst, dass die Anzahl der Leertaschen oder der Wälzkörpertaschen eine Primzahl ist und dass die Anzahl der anderen Taschen eine von der Primzahl unterschiedliche Zahl, vorzugsweise keine Primzahl ist.

Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme die Geräuschbildung eines mit einem derartigen Wälzlagerkäfig ausgestatteten Losradlagers im Betrieb deutlich reduziert werden kann.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch das eingangs genannte Losradlager mit einem derartigen Wälzlagerkäfig.

Dabei kann die Anzahl der Leertaschen gleich der Anzahl Wälzkörpertaschen sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig kann die Anzahl der anderen Taschen eine gerade oder eine ungerade Zahl sein.

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Losradlager die Wälzkörper als Rollen ausgebildet, und das Verhältnis von axialer Länge der Rollen zu deren Durchmesser ist kleiner als 3.

Es hat sich gezeigt, dass ein Losradlager mit derartigen, vergleichsweise kurzen bzw. dicken Wälzkörpern deutlich bessere Laufeigenschaften besitzen kann. Hierdurch kann ferner der Abstand zwischen Wälzkörperreihen vergleichsweise groß ausgeführt werden, so dass eine Schrägstellung besser vermieden werden kann. Insbesondere kann auch ein axiales Aufschwingen des Losradlagers verhindert werden, was somit axiale Kräfte auf das Losrad stark vermindert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Primzahl eine von der Anzahl der anderen Taschen zweitnächste Primzahl ist.

Hierbei kann insgesamt eine sehr gute Geräuschverhinderung erzielt werden. Ferner kann diese Maßnahme dazu führen, dass eine vergleichsweise große Anzahl von Leertaschen vorgesehen wird, bei gleichzeitig hoher Festigkeit des Käfigs insgesamt.

Beträgt bspw. die Anzahl der anderen Taschen 30, dann sind die zweitnächsten Primzahlen 23 bzw. 37.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Leertaschen kleiner als die Anzahl der Wälzkörpertaschen.

In vorteilhafter Weise kann hierbei eine hohe Stabilität des Wälzlagerkäfigs gewährleistet werden.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Wälzlagerkäfig einstöckig ausgeführt ist.

Dies ermöglicht eine einfache Montage, wobei ggf. die Wälzkörper an dem Wälzlagerkäfig vormontiert sind.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Wälzlagerkäfig aus Kunststoff hergestellt ist.

Es hat sich gezeigt, dass Kunststoffe, wie z.B. PA 46, PA66 oder PEEK hinreichend temperatur- und/oder schmiermittel-resistent sind, insbesondere bei Anwendungen in Kraftfahrzeuggetrieben.

Es versteht sich jedoch, dass der Wälzlagerkäfig auch aus Metall hergestellt sein kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Losradlager gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es von besonderem Vorteil, wenn das Lager mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Wälzkörpern, d.h. wenigstens zweireihig ausgeführt ist.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Reihe von Leertaschen zwischen den zwei Wälzkörperreihen angeordnet ist.

Von besonderem Vorteil ist es hierbei ferner, wenn der Abstand zwischen den Wälzkörpern der zwei Reihen größer ist als die axiale Länge der Wälzkörper.

Diese Maßnahme trägt dazu bei, ein axiales Aufschwingen des Losradlagers zuverlässig zu verhindern.

Insgesamt wird mit der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der folgenden Vorteile erzielt:

1. Benachbarte Planflächen des Innenrings bzw. Außenrings müssen nicht speziell behandelt werden (wie Polieren, Schleifen, Mangan-Phosphatieren, Gleitlackbeschichtungen oder Ähnliches). Daher werden die Gestehungskosten des Wälzlagers und damit des Getriebes geringer.
2. Ferner können die Entstehungskosten verringert werden, da die Bauteiltoleranzen ggf. nicht so gering ausgeführt werden müssen.
3. Auch die Montage kann ggf. einfacher durchgeführt werden.
4. Ein Lagergeräusch wie ein Lagerkreischen, Lagerschwirren, Nadelschwirren oder Kaltabfahrgeräusch ist zumindest verringert.
5. Die Lagerstelle ist in der Regel unempfindlicher gegenüber Verschmutzung wie Ölkohleablagerungen etc., da die Leertaschen als Filter bzw. als Schmutzfangtaschen wirken.
6. Bei der Verwendung von Kunststoff für den Wälzlagerkäfig werden die Gestehungskosten verringert.
7. Bei fett-geschmierten Anwendungen (bspw. Getrieben) können die Leertaschen bei der Montage mit Fett gefüllt werden, so dass die Lebensdauer insgesamt verlängert wird.
8. Der Wälzlagerkäfig bzw. das hiermit ausgestattete Losradlager eignet sich für sämtliche Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen (von z.B. über 120°C), hohe Drehzahlen und/oder Niederviskose-Schmiermittel vorkommen können. Das erfindungsgemäße Losradlager lässt sich daher auch für andere Anwendungen als die Lagerung eines Losrades verwenden.

Bei sehr langen Lagerbohrungen bzw. sehr breiten Losradlagern können anstelle von zwei Reihen von Wälzkörpern auch drei oder mehr Reihen von Wälzkörpern verwendet werden, wobei hierbei zwischen zwei Reihen von Wälzkörpern jeweils eine Reihe von Leertaschen angeordnet ist.

Insgesamt kann auch der Verschleiß verringert werden, da ein axiales Aufschwingen des Lagers in der Regel zuverlässig verhindert werden kann. Daher treten auch keine axialen Kräfte auf das Losrad auf, was einen Verschleiß durch Fressen extrem minimiert.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs, der mit Wälzkörpern bestückt ist;
2 eine schematische Längsschnittansicht einer Lageranordnung für ein Losrad eines Kraftfahrzeuggetriebes unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Losradlagers;
3 eine Schnittansicht des Wälzlagerkäfigs des Losradlagers der 2 entlang der Linie III-III; und
4 eine Schnittansicht des Wälzlagerkäfigs des Losradlagers der 2 entlang der Linie IV-IV:
In 1 ist ein Wälzlagerkäfig mit eingesetzten Wälzkörpern gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung generell mit 10 bezeichnet.
Der Wälzlagerkäfig 10 ist einstückig ausgebildet und beinhaltet einen generell zylinderringförmigen Grundkörper 12. An dem Grundkörper 12 sind Wälzkörper 14 in Form von etwa zylindrischen Rollen gelagert, und zwar in einer ersten Reihe 16 und in einer zweiten Reihe 18.
Die erste Reihe 16 von Wälzkörpern 14 ist von der zweiten Reihe 18 von Wälzkörpern 14 um einen Zwischenraumabstand Z beabstandet. Der Zwischenraumabstand Z ist vorliegend größer als die Länge der Wälzkörper 14 in axialer Richtung.
Zur Aufnahme der Wälzkörper 14 ist an dem Grundkörper 12 eine erste Reihe 16 von Wälzkörpertaschen 20 und eine zweite Reihe 18 von Wälzkörpertaschen 20 vorgesehen.
In dem Zwischenraum zwischen der ersten Reihe 16 und der zweiten Reihe 18 ist ferner eine Reihe von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Leertaschen 22 vorgesehen. Die Leertaschen 22 dienen im eingebauten Zustand des Wälzlagerkäfigs 10 bspw. zur Aufnahme von Schmiermittel, dienen jedoch auch als Schmutzfänger. Sie sind in radialer Richtung durchgehend durch den Grundkörper 12 ausgebildet.
Es ist in 1 zu erkennen, dass die Anzahl der Wälzkörpertaschen 20 pro Reihe 16 bzw. 18 und die Anzahl der Leertaschen 22 unterschiedlich ist. Die Anzahl der Leertaschen 22 ist kleiner als die Anzahl der Wälzkörpertaschen 20 pro Reihe 16, 18.
Genauer gesagt ist die Anzahl der Leertaschen 22 eine Primzahl, wohingegen die Anzahl der Wälzkörpertaschen 20 pro Reihe 16, 18 eine gerade Zahl ist.
2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Einbausituation einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Losradlagers 30 in Form eines Wälzlagers 30.
Das Wälzlager 30 weist einen Innenring 32 auf, der drehfest mit einer Welle 34 verbunden ist. Ferner weist das Wälzlager 30 einen Außenring 36 auf, der drehfest mit einem Losrad 38 eines nicht im Detail dargestellten herkömmlichen Kraftfahrzeuggetriebes 39 verbunden ist.
Der Wälzlagerkäfig 10 ist zwischen dem Innenring 32 und dem Außenring 36 angeordnet und führt die in Form von Zylinderrollen ausgeführten Wälzkörper 14. Der Wälzlagerkäfig 10 ist dabei in radialer Richtung sowohl von dem Innenring 32 als auch von dem Außenring 36 beabstandet.
Man erkennt, dass die Wälzkörper 14 eine axiale Länge L und einen Durchmesser D aufweisen. Sie können leicht ballig ausgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dabei das Verhältnis L/D von Länge L zu Durchmesser D der Wälzkörper 14 < 3. Ferner ist der Zwischenraumabstand Z (siehe 1) zwischen den einander gegenüber liegenden Stirnseiten der Wälzkörper 14 der zwei Reihen 16, 18 größer als die Länge L der jeweiligen Wälzkörper 14.
Hierdurch sind die zwei Reihen 16, 18 relativ weit voneinander beabstandet. In dem Zwischenraum sind die Leertaschen 22 ausgebildet, die bei der Montage bspw. mit Fett gefüllt werden können und demzufolge auch über eine lange Lebensdauer für eine ausreichende Schmierung der Wälzkörper 14 bzw. des Wälzlagers 30 insgesamt dienen können.
3 zeigt eine Schnittansicht des Wälzlagerkäfigs 10 entlang der Linie III-III in 2 und zeigt damit eine Querschnittsansicht durch den Wälzlagerkäfig 10 im Bereich der Leertaschen 22.
Man erkennt, dass der Wälzlagerkäfig 10 eine Anzahl n = 23 Leertaschen 22 aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Der Winkel α zwischen zwei Leertaschen 22 beträgt demzufolge 15,65°.
4 zeigt eine der 3 entsprechende Querschnittsansicht durch den Wälzlagerkäfig 10 entlang der Linie IV-IV von 2 und damit durch den Wälzlagerkäfig 10 im Bereich der ersten Reihe 16 von Wälzkörpertaschen 20.
Man erkennt, dass die erste Reihe 16 eine Anzahl m = 30 Wälzkörpertaschen 20 aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Der Winkel β zwischen zwei Wälzkörpertaschen 20 beträgt demzufolge 12°.
Damit ist die Anzahl n der Leertaschen 22 eine Primzahl, nämlich 23, wohingegen die Anzahl m der Wälzkörpertaschen 20 eine gerade Zahl, nämlich 30, ist.
Generell sollte der Unterschied zwischen den Anzahlen n und m nicht kleiner sein als 3, d.h. m – n ≥ 3.
Bei anderen Anzahlen von Wälzkörpertaschen, bspw. 40, ist daher auch eine Anzahl von Leertaschen von bspw. 37 möglich.
Generell ist es jedoch erfindungsgemäß, wenn die Anzahlen n und m unterschiedlich sind, wobei eine der Zahlen vorzugsweise eine Primzahl ist.
Durch diese Maßnahme werden Resonanzfrequenzen, die sich bspw. aufgrund des größten gemeinsamen Teilers der zwei Zahlen n, m ergeben, in so hohe Bereiche verschoben, dass diese jedenfalls außerhalb des für Menschen hörbaren Bereiches liegen, d.h. hin zu Frequenzen > 20.000 Hz sowie beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Kfz-Getriebes nicht erreicht werden.

Claims

Wälzlagerkäfig (10) für ein Wälzlager (30), mit einem zylinderringförmigen Grundkörper (12), an dem wenigstens eine Reihe (16, 12) von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Wälzkörpertaschen (20) zur Aufnahme von Wälzkörpern (14) ausgebildet ist und an dem eine axial daneben angeordneten Reihe von Leertaschen (22), bspw. zur Aufnahme von Schmierstoff ausgebildet ist, wobei die Anzahl (m) der Wälzkörpertaschen (20) ungleich der Anzahl (n) der Leertaschen (22) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) der Leertaschen (22) oder der Wälzkörpertaschen (20) eine Primzahl (n) ist und die Anzahl (m) der anderen Taschen eine andere Zahl ist.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primzahl (n) eine von der Anzahl (m) der anderen Taschen zweitnächste Primzahl ist.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) der Leertaschen (22) kleiner ist als die Anzahl (m) der Wälzkörpertaschen (20).
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (10) einstückig ausgeführt ist.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (10) aus Kunststoff hergestellt ist.
Losradlager (30) für ein Losrad (38) eines Kraftfahrzeuggetriebes (39), mit einem Innenring (32), der mit einer Welle (34) verbindbar ist, einem Außenring (36), der mit dem Losrad (38) verbindbar ist, und wenigstens einer Reihe (16, 18) von Wälzkörpern (14), die zwischen dem Innenring (32) und dem Außenring (36) angeordnet sind, wobei die Wälzkörper (14) an einem Käfig (10) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) ein Wälzlagerkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1–5 ist.
Losradlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (14) als Rollen ausgebildet sind und das Verhältnis (L/D) von axialer Länge (L) der Rollen (14) zu deren Durchmesser (D) kleiner ist als 3.
Losradlager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (30) mit einer ersten und einer zweiten Reihe (16, 18) von Wälzkörpern (14) ausgeführt ist.
Losradlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Z) zwischen den Wälzkörpern (14) der zwei Reihen (16, 18) größer ist als die axiale Länge (L) der Wälzkörper (14).